基于多場耦合戶外gis隔離開關(guān)溫升數(shù)值計算與影響因素分析

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1、4上海電力2016年第5期基于多場耦合的戶外GIS隔離開關(guān)溫升數(shù)值計算與影響因素分析邵翠玲(國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海200063)摘要：為研究太陽輻射和環(huán)境溫度影響下戶外GIS隔離開關(guān)的溫升特性，基于載荷傳遞的多場耦合有限元數(shù)值算法，建立了GIS隔離開關(guān)的電磁場一流體場一溫度場三維有限元分析模型。改變接頭處導(dǎo)體電阻率模擬隔離開關(guān)接頭的接觸電阻，同時，通過渦流場分析計算GIS隔離開關(guān)各部位的功率損耗并作為熱載荷耦合到流體場一溫度場模型計算戶外GIS隔離開關(guān)的溫度場分布。在此基礎(chǔ)上采用太陽輻射模型和太陽射線跟蹤算法模擬日照的方法，重

2、點(diǎn)計算了太陽輻射和環(huán)境溫度影響下的戶外GIS隔離開關(guān)溫升及溫度分布。計算結(jié)果表明，太陽輻射對戶外GIS隔離開關(guān)溫度分布及溫升均有較大影響；環(huán)境溫度對戶外GIS隔離開關(guān)的溫升影響較大，而對溫度場分布影響可忽略。研究結(jié)果為戶外GIS隔離開關(guān)溫升的在線監(jiān)測或帶電檢測提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：GIS隔離開關(guān)；有限元法；多場耦合；太陽輻射；環(huán)境溫度中圖分類號：TM564文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B及環(huán)境溫度的影響，更容易發(fā)生過熱性故障。因0引言此，研究GIS隔離開關(guān)的溫升特性，對于監(jiān)測GISGIS隔離開關(guān)在運(yùn)行過程中，當(dāng)GIS隔離開隔離開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)以及保證其安全

3、穩(wěn)定運(yùn)行具有關(guān)的觸頭接觸不良或者分合閘不到位時，導(dǎo)致觸重要意義。頭過熱直至燒毀，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前國內(nèi)外關(guān)于該類設(shè)備的溫升計算方法而對于戶外GIS隔離開關(guān)，尤其是運(yùn)行在高溫、強(qiáng)中，有限元法應(yīng)用最為廣泛¨引。文獻(xiàn)[1]建立了輻射地區(qū)的隔離開關(guān)，其溫升受到太陽輻射強(qiáng)度空氣絕緣母線槽的三維多場耦合有限元分析模金期段、人為阻擾嚴(yán)重、青苗賠償壓力大等困難不場操作的前景喜人。應(yīng)加快無人機(jī)的基礎(chǔ)研究、利因素下，協(xié)助施工人員進(jìn)行高空作業(yè)。相比人實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)小型化，使無人機(jī)性能更加完善優(yōu)良，更工高空作業(yè)，節(jié)約了人工成本、時間，提高了安全加普遍的

4、運(yùn)用于電網(wǎng)高空作業(yè)中，相信隨著國內(nèi)性能、工作強(qiáng)度、提高經(jīng)濟(jì)效益?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，無人機(jī)與電力工程結(jié)合的本文的研究工作和所取得的進(jìn)展主要有以下運(yùn)用將會取得更加輝煌的成就。幾點(diǎn)：參考文獻(xiàn)：1)針對現(xiàn)有無人機(jī)技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了[1]崔秀敏，王維軍，方振平．小型無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及其相關(guān)初步探討研究。問題分析[期刊論文]．第23卷，第1期．2005．3．2)針對現(xiàn)有無人機(jī)技術(shù)科應(yīng)用于國網(wǎng)高空[2]馬少瑛．小型無人機(jī)地面站的研究與設(shè)計[D]．內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009．5作業(yè)應(yīng)用進(jìn)行深入研究，針對不同工作環(huán)境可運(yùn)[3]蘇州嗨森

5、網(wǎng)絡(luò)科技有限公司．無人機(jī)應(yīng)用及發(fā)展，ppt用的無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行探討。2015．33)分析了無人機(jī)技術(shù)可帶給高空作業(yè)時的[4]計秀敏．微型飛行器的發(fā)展及其應(yīng)用前景[DB／OL]2004．工作效果極其經(jīng)濟(jì)效益。(收稿日期：2016~7—10)無人機(jī)現(xiàn)正朝著模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化和系作者簡介：楊雅婷(1990一)，女，助理工程師，從事市場維列化的趨勢發(fā)展，其應(yīng)用范圍廣泛，運(yùn)用于電網(wǎng)現(xiàn)護(hù)工作2016年第5期上海電力5型，采用渦流場與溫度場多場耦合的計算方法，得2)GIS隔離開關(guān)內(nèi)部電磁場屬于似穩(wěn)場，在到了母線槽的溫度分布；文獻(xiàn)[5]采用磁場．溫度

6、分析過程中忽略位移電流的影響；場耦合的有限元計算方法分析了800kVGIS隔離3)GIS隔離開關(guān)模型中各種材料的相對磁導(dǎo)開關(guān)的==維溫度場模型，從而得到GIS隔離開關(guān)率均為常數(shù)，本文中取=I；的流體場與溫度場分布。文獻(xiàn)[7]建立了太陽輻4)GIS隔離開關(guān)導(dǎo)體中施加的是i相正弦電射模型并對比研究了有無太陽輻射擋板時配電變流，相位依次滯后120％，頻率為50Hz。壓器油溫的特性；文獻(xiàn)[8]研究了不同太陽輻射1．2多場耦合計算方法對戶外電氣設(shè)備溫升的影響。而對于氣象條件尤GIS隔離開關(guān)存在多個物理場耦合現(xiàn)象，電其是太陽輻射對戶外安裝的GIS隔

7、離開關(guān)的溫升磁場、流體場、溫度場之間的相互作用綜合決定了影響的研究鮮有報道。GIS隔離開關(guān)的溫度場分布具體溫升的計算流對于戶外GIS隔離開關(guān)，采朋多場耦合的有程圖如圖2所示。限元法，建立了GIS隔離開關(guān)的電磁場一流體場．溫度場計算模型，采用射線跟蹤算法考慮太陽輻射對其溫升及溫度分布的影響；同時分析了環(huán)境溫度對GIS隔離開關(guān)溫升及溫度分布的影響。l隔離開關(guān)建模與計算方法1．1GIS隔離開關(guān)求解域及基本假設(shè)GIS隔離開關(guān)物理模型由外殼、絕緣盤、i相母線、觸頭、內(nèi)部SF氣體及殼外空氣區(qū)域組成。其求解區(qū)域如罔】所示。圖2(；IS隔離開l炎溫升汁

8、算溉程首先給導(dǎo)體、觸頭及外殼賦初始溫度T利用此初始溫度進(jìn)行j維電磁場有限元分析，計‘算m功率損耗，并將此作為體積熱源通過單元映射方法輸入到流體場一溫度場模型中，從而計算出導(dǎo)體、觸頭及外殼新的溫度值，將其與初